基于数字孪生技术的配电网运维管理研究

引言

随着新一代信息技术与电力系统的深度融合，配电网正朝着数字化、网络化、智能化方向加速转型。配电网作为连接电源侧和用户侧的关键环节，其安全、稳定、经济运行对于支撑城市发展和提升用户用能体验具有重要意义。近年来，随着分布式电源、储能系统、电动汽车等新型负荷的不断接入，配电网的运行环境日益复杂，设备规模不断扩大，传统以人工巡检为主的运维管理方式逐渐暴露出诸多不足。信息孤岛、数据不通、故障响应迟缓、运维资源浪费等问题制约了配电网的安全高效运行。数字孪生技术的出现为破解上述难题提供了新思路。数字孪生通过构建物理配电网的数字镜像，打通数据采集、模型仿真、智能分析和运维决策等环节，实现配电网状态的实时感知与智能调控。本文以数字孪生为核心，深入探讨其在配电网运维管理中的应用价值和关键问题，旨在为我国智能配电网建设和运维管理模式创新提供理论基础和实践参考。

一、数字孪生技术在配电网运维管理中的架构与关键技术

数字孪生是一种集数据融合、模型仿真、智能分析和可视交互为一体的先进技术，其本质是在虚拟空间中构建与物理配电网高度一致的数字模型。该模型通过对实时数据的接入与动态更新，能够全面反映物理配电网的设备结构、运行状态和环境信息。数字孪生配电网的核心架构包括数据采集层、数字建模层、智能分析层和可视化交互层。数据采集层通过物联网感知设备、智能终端和边缘计算节点，实现对配电网关键设备的电流、电压、温度、功率等参数的实时采集。数字建模层结合GIS、BIM 等技术手段，构建配电网拓扑结构、设备物理属性和运行逻辑的高精度数字模型。智能分析层集成大数据、人工智能与物理机理模型，实现对配电网运行工况的全方位分析和仿真预测。可视化交互层则通过三维可视化平台和数字孪生驾驶舱，为运维人员提供全景监控、告警推送和智能决策支持。数字孪生配电网的关键技术主要包括多源异构数据融合、状态感知与分析、物理—数据—认知模型协同、实时仿真与虚实互动、全景可视化呈现等。上述架构和技术为实现配电网的智能运维管理奠定了坚实基础。

二、基于数字孪生的配电网设备状态监测与健康管理

设备状态监测与健康管理是配电网运维管理的基础。通过数字孪生技术，可以实现对配电网中各类设备的实时在线监测、健康评估和智能诊断。物联网感知设备和边缘计算节点将现场实时运行参数上传至数字孪生平台，系统通过融合多源数据，自动识别设备的工作状态和异常工况。结合历史运行数据、环境特征和设备老化机理，数字孪生平台能够建立精确的健康评价模型，实现对设备退化、隐患、故障趋势的预测。基于此，运维管理人员可以从传统的“被动维修”“定期维护”向“状态检修”“预测性维护”转变，实现设备维护的前移和精准化。数字孪生还可以对配电变压器、开关、环网柜、电缆等关键设备进行在线劣化监控，及时发现潜在风险，提前制定检修和替换计划，降低故障率和停电损失，提高供电可靠性。通过健康管理，运维资源实现了最优配置，设备全生命周期管理更加科学高效。

三、数字孪生赋能故障预警、定位与智能恢复

故障预警和快速定位是提升配电网运维效率和供电可靠性的关键环节。基于数字孪生技术，系统能够实时采集和分析配电网各节点的运行状态，利用大数据与人工智能算法对异常数据、波动信号进行智能识别和研判。当出现电压异常、电流突变、设备温升等预警信号时，数字孪生平台可自动生成告警信息并推送至运维人员终端。同时，数字孪生技术通过虚实映射和拓扑追踪，实现对配电网的全景感知与动态仿真。发生故障时，系统能迅速判断故障类型、影响范围及其发展趋势，自动生成最优故障隔离和供电恢复方案。与传统“人工排查—人工操作”方式相比，数字孪生大幅缩短了故障定位和处置时间，提升了应急响应效率，降低了大范围停电风险。部分智能配电网项目已实现基于数字孪生的自愈控制，即系统在检测到局部故障后能够自主完成隔离、分段、备电切换和负荷转移，实现对重要负荷的优先保障。通过不断优化仿真模型和提升智能算法能力，数字孪生在配电网故障管理中的智能化水平将持续提升。

四、数字孪生推动智能运维调度与全景可视化管理

数字孪生技术为配电网运维调度和资源管理提供了智能化、可视化的新手段。基于虚实融合的数据平台，运维人员能够在数字空间中实时查看配电网全景运行状态，掌握每一条线路、每一台设备的健康状况和运维历史。系统可根据设备运行工况、负荷变化、环境影响等因素，智能调度检修班组和维护资源，动态生成最优巡检、维修和替换计划，提高人力、物料和时间资源的利用效率。数字孪生平台还支持运维模拟与仿真，帮助管理人员评估不同运维策略的效果，优化运维决策。全景可视化管理不仅提升了运维工作的直观性和透明度，也便于多部门协同作业和应急处置。针对配电网中的分布式电源、电动汽车、储能等新型负荷，数字孪生能够实现对各类新型设备的统一监控、协调运行和负荷管理，支撑智能配电网与多能互补系统的深度融合发展。此外，数字孪生平台可与配网地理信息系统（GIS）、业务管理系统（OMS）、资产管理系统（AMS）等深度集成，打破信息壁垒，实现数据和业务的互联互通，为智能运维提供强有力的支撑。

五、结论

基于数字孪生技术的配电网运维管理模式，已经成为推动智能配电网高质量发展的重要技术路径。研究和实践表明，数字孪生通过实时数据采集、精准建模、智能分析和虚实互动，实现了对配电网运行状态的全方位感知与智能决策支持，有效提升了设备监测的精度和覆盖面，大幅缩短了故障响应和修复时间，优化了运维资源配置和工作流程，推动运维管理由传统的“被动响应”向“主动预测”转变。随着数字孪生技术和相关算法、模型的持续创新，未来配电网运维管理将进一步实现高度自动化、智能化和精细化。展望未来，建议持续加强配电网多源数据融合和模型算法优化，完善数字孪生标准体系和安全防护机制，推动智能运维生态系统的建设与完善。同时，应注重典型应用案例的总结与推广，加强多专业、跨领域的协同创新，形成开放共享、互联互通的数字孪生应用格局。

参考文献

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